天津大学粳米测试理论测试系统学习教案

1、会计学1天津大学粳米测试天津大学粳米测试(csh)理论测试理论测试(csh)系统系统第一页，共48页。精密精密(jngm)(jngm)测试理论与测试理论与技术技术第1页/共48页第二页，共48页。3测量原理测量原理(yunl)有时也存在称为测量方法的习惯有时也存在称为测量方法的习惯第2页/共48页第三页，共48页。4LEDExtender and Collimating LensLong-working-distance ObjectiveReference MirrorPolariodAperture StopBeam SplitterZoom LensFrame GrabberDigita

2、l CCD CameraNano-PositionerControllerNano-PositionerMicro-DeviceLong-working-distance ObjectiveXYZ Precision Positioning StagesPositioning Stages Controller第3页/共48页第四页，共48页。5微悬臂梁和微泵谐振频率的自由微悬臂梁和微泵谐振频率的自由(zyu)衰减法测试衰减法测试纳米线材料纳米线材料(cilio)的力学特性测的力学特性测量量第4页/共48页第五页，共48页。6第5页/共48页第六页，共48页。7原位测量原位测量(cling)和

3、离位测量和离位测量(cling)第6页/共48页第七页，共48页。8第7页/共48页第八页，共48页。u传感器：将被测特征量转换成电量信号传感器：将被测特征量转换成电量信号u信号调理：将传感器所得的信号进行放大、滤波、调制和解调等处理，转变为适合传输或后续处理的信号信号调理：将传感器所得的信号进行放大、滤波、调制和解调等处理，转变为适合传输或后续处理的信号u信号分析信号分析(fnx)处理：将调理后的信号送入计算机或微处理器做进一步的分析处理：将调理后的信号送入计算机或微处理器做进一步的分析(fnx)处理，如小波变换、频谱分析处理，如小波变换、频谱分析(fnx)等等u结果显示打印记录：将测量所得

4、的信息变换成易于理解的形式输出结果显示打印记录：将测量所得的信息变换成易于理解的形式输出 被测 对象 被测量 传感器 信号调理 信号分析 处理 结果显示 打印记录 第8页/共48页第九页，共48页。10 第9页/共48页第十页，共48页。11第10页/共48页第十一页，共48页。12第11页/共48页第十二页，共48页。13第12页/共48页第十三页，共48页。n测量误差除以被测量的真值n由于真值不能确定(qudng)，实际上用的是约定真值n相对误差只有大小和符号，而无量纲，一般用百分数来表示n当被测量值相差较大时，用相对误差才能进行有效的测量水平比较n无量纲量14第13页/共48页第十四页，

5、共48页。计值、约定值或参考值n常常用某量的多次测量结果来确定约定真值15第14页/共48页第十五页，共48页。n例如：（1）电工测量指示仪表分为，等七级，指的是该仪器满量程的引用误差；（2）百分表分为0，1，2级，这是以示值最大允许误差来确定16第15页/共48页第十六页，共48页。17第16页/共48页第十七页，共48页。18测量尺寸范围测量尺寸范围分度值分度值0.050.050.10.1示值误差示值误差500500100010000.100.1510001000150015000.150.2015001500200020000.200.25第17页/共48页第十八页，共48页。19采用引

6、用误差表述测量仪器的准确度等级：指示式电工仪表分为，七个准确度等级，都是仪表最大允许采用引用误差表述测量仪器的准确度等级：指示式电工仪表分为，七个准确度等级，都是仪表最大允许(ynx)误差除以量程的百分数（）来表示的误差除以量程的百分数（）来表示的第18页/共48页第十九页，共48页。20第19页/共48页第二十页，共48页。21通常模拟式显示装置的分辨力为标尺通常模拟式显示装置的分辨力为标尺(bioch)分度值的一半，数字式显示装置的分辨力为末位数字的一个数码分度值的一半，数字式显示装置的分辨力为末位数字的一个数码第20页/共48页第二十一页，共48页。22第21页/共48页第二十二页，共4

7、8页。23max100%LFSeY第22页/共48页第二十三页，共48页。24100%hhFSeY第23页/共48页第二十四页，共48页。25极限条件额定操作极限条件额定操作(cozu)条件参考条件条件参考条件第24页/共48页第二十五页，共48页。26第25页/共48页第二十六页，共48页。27)()()()()()()()(0111101111txbdttdxbdttydbdttxdbtyadttdyadttydadttydammmmmmnnnnnn 0101nmaaabbb、 、 、 ， 、 、 、是与系统结构和特性(txng)参数有关而与时间无关的常数021mbbb测试系统的传递函数测

8、试系统的传递函数 01110111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm第26页/共48页第二十七页，共48页。1.零阶系统(Zero-order System)理想系统，无任何(rnh)失真和延迟2.一阶系统(xtng)(First-order System)3.二阶系统二阶系统(Second-order System)()(00txbtya)()()(00tKxtxabtyK=b0/a0 为系统静态灵敏度(Sensitivity)()()(001txbtyadttdya)()()(tKxtydttdy)()()()(001222txbtyadttdyadtty

9、da)()()(2)(2222tKxtydttdydttydnnn =a1/a0 为系统时间常数(Time Constant)为系统无阻尼固有频率(Intrinsic Frequency) (rad/s)20aan2012aaa为系统阻尼比(Damping Radio) 第27页/共48页第二十八页，共48页。29h(t)H(t)x(t)X(t)y(t)Y(t)输入系统输出u传递函数 反映的是系统本身(bnshn)的特性，只与系统结构参数ai、bj有关，而与输入量x(t)无关u已知系统的输入量和传递特性，可求出系统的输出量；已知系统的输入量和输出量，可求出系统的传递特性；已知系统的输出量和传递

10、特性，可求出系统的输入量u同一个传递函数可能表征着两个或多个完全不同的物理系统，说明它们具有相似的传递特性。但不同的物理系统有不同的系数量纲第28页/共48页第二十九页，共48页。30X(s)Y(s)H1(s)H2(s)Hn(s)ninisHsHsHsHsH121)()()()()(X(s)Y(s)H1(s)H2(s)Hn(s)121( )( )( )( )( )niniH sH sH sHsHs)()(1)()(211sHsHsHsH串联串联(chunlin)(chunlin)系统系统并联并联(bnglin)(bnglin)系统系统反馈系统反馈系统第29页/共48页第三十页，共48页。31第

11、30页/共48页第三十一页，共48页。32第31页/共48页第三十二页，共48页。33一阶环节(hunji)的阶跃响应二阶环节的阶跃响应TrTpm0100)(ttyxcy时间常数（时间常数（ ）：）：输值由零上升到稳态值 的63.2所需的时间；它越短，表示系统响应越快上升时间上升时间（ ）：）：输出值从稳态值 的10上升到90所需的时间响应时间响应时间（ ）：）：响应曲线衰减到与稳态值之差不超过 （通常取2或5）所需的时间最大超调量最大超调量（ ）：）：响应曲线的最大峰值与稳态值之差，即峰值时间峰值时间（ ）：）：响应超过稳态值，达到第一个峰值所需的时间延滞时间延滞时间（ ）：）：响应曲线达到

12、稳态值50所需的时间稳态误差稳态误差：无限长时间后系统的稳态输出值与目标值之间的偏差的相对值rTcysTmcmyymaxPTdT第32页/共48页第三十三页，共48页。340( )sinx tXt0( )sin()y tYt01110111)()()()()()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjHnmnmmmmm频率响应(pn l xin yn)函数也可定义为系统稳态输出量的傅里叶变换与输入量的傅里叶变换之比A() 为系统的幅频特性， A() 曲线称为幅频特性曲线() 为系统的相频特性， () 曲线称为相频特性曲线()()( )jH jAe ( )()AH j表示输出与输入幅

13、值比随频率而变化的关系)Im()Re()(jjH)()(Re)()(Imarctan)(jXjYjXjY第33页/共48页第三十四页，共48页。3500( )()y tA x tt不失真测试系统不失真测试系统(xtng)的时域波形的时域波形00()()()j tY jH jA eX j00( )( )AAt 第34页/共48页第三十五页，共48页。36)()()(0001txabtydttdyaa( )( )( )dy ty tx tdt1( )1Hss2211()11()1()Hjjj2)(11)(A)arctan()(时间常数时间常数(sh jin chn sh)静态静态(jngti)灵敏

14、度灵敏度1/( )1A一阶测试系统是一个低通环节，只适用于被测量缓变或低频的参数一阶测试系统是一个低通环节，只适用于被测量缓变或低频的参数，时间常数越小，则响应越快时间常数越小，则响应越快( ) 第35页/共48页第三十六页，共48页。372222)(nnnsssH)(2)(1 1)(2nnjjH12 2222( )1 () 4() nnA2)(1)(2arctan)(nn20aan2012aaa二阶系统的频率特性传递函数传递函数幅频特性幅频特性相频特性相频特性固有固有(gyu)角频率角频率阻尼阻尼(zn)系数系数221002( )( )( )( )d y tdy taaa y tb x td

15、tdt1/n ，很小时，很小时，( )1A( ) 很小很小，相位差与频率相位差与频率成线性关系成线性关系/1n ，系统发生共振，若此时系统阻尼系数较小，系统发生共振，若此时系统阻尼系数较小，( )A急剧增大，急剧增大，增大幅度与阻尼系数成反比增大幅度与阻尼系数成反比，输出相位角总是滞后输出相位角总是滞后90二阶系统是个振荡环节，为了使测试结果能精确地再现被测信号的波形二阶系统是个振荡环节，为了使测试结果能精确地再现被测信号的波形0.6 0.7/0.3n 幅频幅频和相频和相频特性接近一条直线特性接近一条直线第36页/共48页第三十七页，共48页。38第37页/共48页第三十八页，共48页。39第

16、38页/共48页第三十九页，共48页。40第39页/共48页第四十页，共48页。41第40页/共48页第四十一页，共48页。42第41页/共48页第四十二页，共48页。43二五年十月二五年十月(sh yu)八日八日国家对计量器具制造许可已放宽限制，随着各大量具厂家计量许可证到期，量具上刻有国家对计量器具制造许可已放宽限制，随着各大量具厂家计量许可证到期，量具上刻有“CMC标识标识”的会越来越少。的会越来越少。第42页/共48页第四十三页，共48页。44第43页/共48页第四十四页，共48页。45xbyadtdya001/)/exp(1 )(tkAty01/aa00/abk 时间常数(sh jin chn sh)静态灵敏度)/()(1lnkAtyZ/ tZ )/exp()/()(1tkAty/ tZ第44页/共48页第四十五页，共48页。462221( )1sin(1arctan)1ntney tt 阶跃响应函数阶跃响应函数21n最大超调量最大超调量为圆频率作衰减为圆频率作衰减(shui jin)振荡，称为有阻尼固有频率振荡，称为有阻尼固有频率12exp ()1M211()1lnM阻尼比阻尼比22211dndT固有频率固有频率利用任意两个超调量来确定利用任意两个超调量来确定221i ninntt22ln1ii nMnM减